深基坑開(kāi)挖支護現狀分析論文
1、存在的問(wèn)題
近年來(lái)，城市中的建筑密度隨著(zhù)城市現代化的推進(jìn)而增大，隨著(zhù)高層建筑的不斷興建，深基坑開(kāi)挖支護問(wèn)題日益突出。因而深基坑開(kāi)挖支護及對鄰近建筑、道路及設施的影響日益為工程師們所關(guān)注，研究開(kāi)發(fā)出許多好的措施．但是基坑開(kāi)挖深度越來(lái)越深，開(kāi)挖環(huán)境日益復雜，設計及施工人員經(jīng)常遇到新的問(wèn)題及新的挑戰，從而使基坑工程的成功率降低。尤其在上海、深圳等大城市，事故發(fā)生率更高。上海在一年之中就發(fā)生近四十例基坑事故，上海廣東路某基坑事故，導致交通主干線(xiàn)廣東路下陷1.8m，致使各種地下管線(xiàn)產(chǎn)生嚴重破壞，煤氣泄露產(chǎn)生爆炸，當場(chǎng)熏倒二十多人，直接經(jīng)濟損失達五千多萬(wàn)元，造成了極壞的社會(huì )影響；98年深圳某基坑工程，出現了嚴重的塌方事故，幾名施工人員被埋，基坑周?chē)鷰讞澖ㄖ锍霈F嚴重破壞，轟動(dòng)全國．本文通過(guò)對深基坑開(kāi)挖支護現狀的分析，提出一些看法和建議，供設計和施工參考。
2、深基坑工程特點(diǎn)及現狀
(1)基坑越挖越深�；驗榱耸褂梅奖�，或因為地皮昂貴，或為了符合城管規定及人防需要，建筑投資者不得不向地下發(fā)展．過(guò)去建1～2層地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更為少見(jiàn)．現在在大城市、沿海地區尤其是特區，地下3～4層已很尋常，5～6層也有。因此基坑深度多在10～16m間，在20m左右的也為數不少。
(2)工程地質(zhì)條件越來(lái)越差。這一點(diǎn)在某些沿海經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區較為突出。
(3)基坑周?chē)h(huán)境復雜。重要高層和超高層建筑集中在人口稠密、建筑物密集的地方，并緊靠重要市政公路。而此處原有建筑結構陳舊，地上與地下管線(xiàn)密布。因此，基坑開(kāi)挖不僅要保證基坑本身的穩定，也要保證周?chē)慕ㄖ锖蜆嬛锊皇芷茐摹?/p>
(4)基坑支護方法眾多。諸如人工挖孔樁，預制樁，深層攪拌樁，鋼板樁，地下連續墻，內支撐，各種樁、板、墻、管、撐同錨桿聯(lián)合支護，此外還有錨釘墻等。
(5)基坑工程的成功率較低。一旦基坑支護失效，常造成鄰近房屋、地下管線(xiàn)及道路的開(kāi)裂，引發(fā)工程糾紛，甚至出現嚴重的破壞，造成重大的經(jīng)濟損失及人員的傷亡。
3、深基坑工程事故的分析
由于深基工程的上述特點(diǎn)，使深基坑支護成為一個(gè)最感頭痛的工程難題．通過(guò)工程事故實(shí)例的調查分析，對其原因提出如下看法：
3.1設計方案失誤
(1)方案選擇錯誤。
此類(lèi)工程事故出現較多，如濟南某大廈工程，位于繁華市區，地上23層，地下3層，基坑深12m，場(chǎng)地狹窄，東、南、北三面距建筑物較近．施工單位提出，采用大直徑灌注樁，設一土層錨桿，樁頂設混凝土圈梁的樁錨支護體系，需費用約100萬(wàn)元．建設單位提出，部分采用φ800懸臂灌注樁，部分采用φ150鋼管懸臂樁，部分放坡方案，費用40萬(wàn)元．結果按建設單位方案：西側采用1∶0.3放坡．東、南、西北澆筑C30的φ800懸臂灌注樁57根，@1800，樁長(cháng)18m，懸臂12m，入坑底6m．北部用φ150鋼管懸臂樁7根，@1000，樁長(cháng)15m，懸臂12m，入坑底3m．結果幾次斷樁，塌方來(lái)勢兇猛，均在瞬間發(fā)生，共造成坑內土方堆積3000m3，斷樁23根，樁傾斜2根，7根φ150鋼管歪倒．可見(jiàn)，基坑支護必需認真對待，絕不能為節省費用，隨便定個(gè)方案．經(jīng)分析，原先施工單位提出的方案還是可行的，建設單位亂定方案，不科學(xué)辦事，結果是浪費了投資，拖延了工期，欲速則不達。
(2)實(shí)施方案與設計方案不符。
(3)止水帷幕力度不當。
如南京交通銀行大樓，地上28層，地下室1層，基坑深6.7m．設計方案是：支護采用800懸臂灌注樁，@1000，樁長(cháng)14m，在樁頂設800×500mm圈梁，樁嵌入坑底8.8m；防水及降水在排樁背后設高壓旋噴混凝土，形成止水帷幕．坑東側42m長(cháng)，距房屋15m左右，采用1∶1放坡開(kāi)挖．在坑內設3個(gè)深20m管井作為降水井。實(shí)施方案是：基坑加深0.7m至7.4m，樁長(cháng)改為13m，樁嵌入坑底5.6m．放坡面因場(chǎng)地限制改為1∶0.3～0.5。為搶進(jìn)度，樁頂圈梁未施工即開(kāi)始挖土，且一次挖到設計標高�；娱_(kāi)挖后，東南角樁間出現大量涌泥和流沙，支護結構向基坑內側移位達20cm以上，樁后形成5～10cm地面裂縫，放坡地段滑移失穩，降水井失效，以至東南面的和平電影院嚴重開(kāi)裂破壞，被迫停止拆除，北側湖南路路面開(kāi)裂，被迫采用土層錨桿加固，直接經(jīng)濟損失100多萬(wàn)元�？梢�(jiàn)，不按原設計方案施工，灌注樁與噴射混凝土未形成止水帷幕是基坑事故的主要原因。
3.2設計計算錯誤
(1)錨桿計算錯誤。
如石家莊某高層建筑，建筑面積10萬(wàn)多平方米，地上28層，地下4層，基坑深達20.5m，東西長(cháng)120m，南北寬100m．基坑用φ600灌注樁，@1000，樁長(cháng)20m，入土5m，混凝土強度為C25，配12根φ22的Ⅱ級鋼筋，樁頂設帽梁，帽梁頂砌5.5m高370磚墻作護墻，墻內有構造柱及壓頂圈梁．護壁樁設三道130錨桿：第一道錨桿長(cháng)15.5m，@2000；第二道錨桿長(cháng)20m，@1500；第三道錨桿長(cháng)18m，@1000．用槽鋼與護壁樁相結合．1993年9月12日，施工完西部坑底墊層，施工管理人員發(fā)現基坑西部護壁樁間成片掉土，并有滲水現象，頂部磚墻外傾，頂部地面出現裂縫．9月15日西側北部有部分腰梁槽鋼脫落，部分錨桿螺母松動(dòng)．施工人員將槽鋼補焊接上，擰緊螺母．在坑頂局部挖土卸載．9月16日下午5時(shí)左右，基坑西部南北約50m的護壁結構迅速倒塌，折斷鋼筋混凝土樁48根，倒塌邊緣距坑邊約13m，護壁樁折成三段，折點(diǎn)分別在第二、三層錨桿處，第一層錨桿從土中完全拔出，第二、三層錨桿錨頭拉脫，腰梁扭斷開(kāi)．經(jīng)分析計算，第一道錨桿的錨固長(cháng)度需25.6～30m，第二道錨桿的錨固長(cháng)度需22～25m�？梢�(jiàn)倒塌的主要原因是設計中完全拔出，第二、三層錨桿錨頭拉脫，腰梁扭斷開(kāi)．經(jīng)分析計算，第一道錨桿的錨固長(cháng)度需25.6～30m，第二道錨桿的錨固長(cháng)度需22～25m�？梢�(jiàn)倒塌的主要原因是設計計算錯誤所導致。
(2)支護樁嵌入深度不夠。
上海某工程基坑采用深層水泥攪拌樁做支護，基坑開(kāi)挖深度5～7m，樁長(cháng)12m，嵌入深度5m．開(kāi)挖到5m時(shí)未發(fā)生事故，但開(kāi)挖到7m時(shí)，發(fā)生管涌，涌砂涌水．由于大量砂土冒出，最終導致支護結構全部倒塌．僅加固費就增加投資30萬(wàn)元(原支護結構費80萬(wàn)元)，工期延長(cháng)2個(gè)月．經(jīng)對管涌計算知，支護樁嵌入深度需7m。
(3)安全系數偏小。許多基坑設計時(shí)，為單純追求造價(jià)，而忽略許多因素，使工程的安全系數偏小。如遇雨水或少量偶然的坑邊堆載，就導致基坑的失穩。
3.3未進(jìn)行穩定驗算
由很多工程事故可見(jiàn)，僅進(jìn)行基坑支護設計或選擇一個(gè)方案是不行的，還必須進(jìn)行穩定驗算，以確�；拥恼w及局部穩定，特別是軟土地區。
3.4施工管理方面的問(wèn)題
(1)嚴重超挖，不遵守分層分段開(kāi)挖原則；
(2)坑邊過(guò)量堆載；
(3)管理混亂。
4、建議及對策
4.1堅持分層分段開(kāi)挖與支護的原則
一般情況下，邊坡破壞有一個(gè)從局部開(kāi)始，逐漸擴大的過(guò)程．首先產(chǎn)生局部破壞的部位為突破點(diǎn)．當某部位土體應力達到或超過(guò)其強度時(shí)，突破點(diǎn)開(kāi)始破壞，并引起周?chē)馏w力學(xué)性質(zhì)的變化和臨近部位應力的升值，使破壞面擴大．城市高層建筑的發(fā)展，使基坑深度日益增大，邊坡也越來(lái)越陡立(一般在80～90°)．目前各種邊坡穩定的理論計算模式都是在60°左右建立的，與陡立邊坡的初始受力狀態(tài)有較大差異．邊坡開(kāi)挖后，破壞了原自然土體的三向受力狀態(tài)，在開(kāi)挖面附近產(chǎn)生一個(gè)高能區．其中一部分能量傳給周?chē)馏w，一部就成為使土體變形的動(dòng)力．對近于直立的邊坡，若一次開(kāi)挖深度太大，積聚的能量就很大，有可能成為破壞的`突破點(diǎn)而產(chǎn)生塌方．所以施工中必須控制開(kāi)挖面的長(cháng)度與深度，并進(jìn)行快速支護，使支護盡早發(fā)揮效能，達到控制和消滅破壞突破點(diǎn)的目的．分層分段開(kāi)挖并支護有利于邊坡能量的釋放．前期開(kāi)挖掘層段的能量有一部分通過(guò)錨體傳到土層較深部位，有一部分受已施工面板影響留在坡面淺層部位．當下一層段開(kāi)挖后，就被后期開(kāi)挖段吸收并釋放．因此，分層分段開(kāi)挖并支護的施工方法也是一個(gè)能量釋放的過(guò)程，最后總的開(kāi)挖能量留在坡面的較少，這對整個(gè)破面的穩定是有利的。
邊坡層段開(kāi)挖的大小應作為設計的重要內容，在分析土體力學(xué)性能、地下水和邊坡附加荷載分布的基礎上預測突破點(diǎn)可能產(chǎn)生的部位，這是劃分層段的重要依據．據此繪出每一坡面的層段開(kāi)挖圖，作為施工依據，并在施工中根據具體情況進(jìn)行調整。
4.2信息反饋是基坑施工的重要組成部分
所謂施工過(guò)程中的信息反饋基本上指兩方面：一是指坡面開(kāi)挖過(guò)程中對暴露出來(lái)的地質(zhì)構造、地下水分布的變化及未知地下建筑物的信息反饋；二是指施工過(guò)程中對邊坡位移及應力監測的信息反饋．其中，施工中發(fā)生側移有以下原因：
(1)土力學(xué)的模糊性：土的層面結構多變，影響因素多，物理力學(xué)性能分散性大。其結構計算原理及各種參數取值有較大的模糊性，不可能一次計算到位。
(2)外力作用下的變形。
(3)施工階段的不穩定性。
4.3支護結構的革新
(1)從結構受力改變結構形式。閉合拱圈擋土、連拱式基坑支護，都是將平面結構改變?yōu)榭臻g支護結構，利用拱的作用，一方面減小土對樁的側向壓力，另一方面將結構受彎變?yōu)楣叭κ軌�，充分發(fā)揮混凝土的受壓特性，降低了工程費用。
(2)從施工方法上改變。樁墻合一地下室逆作法，是將基坑支護樁和地下室墻合在一起，將地下室的梁板作為支護，從地下室頂往下施工，地下室外墻也施工．它的優(yōu)點(diǎn)是節約投資，在地下水豐富、不易降低水位地區，尚須作防水帷幕。
(3)發(fā)展新的支護方法。近年來(lái)，噴錨網(wǎng)支護法、錨釘墻法在工程中得到應用，并顯示了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益．它不要一根樁、一塊板、一根管、一根撐，完全拋棄了傳統法及其被動(dòng)支護概念，以盡可能保持、顯著(zhù)提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學(xué)強度，變土體荷載為支護結構體系的一部分．它主動(dòng)支護土體，并與土體共同工作，具有施工簡(jiǎn)便、快速、及時(shí)、機動(dòng)、靈活、適用性強、隨挖隨支、挖完支完、安全經(jīng)濟等特點(diǎn)。其工期一般比傳統法短30～60天以上，工程造價(jià)低10%～30%．支護最大垂直坑深18m，建筑淤泥基坑深達10m。
4.4進(jìn)一步研究基坑支護理論
可以看到，隨著(zhù)國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市現代化的進(jìn)程，基坑工程的可靠性成為高層建筑亟待解決的問(wèn)題．因此進(jìn)一步探討基坑支護的方法和計算理論，尤其是新型支護方法的計算理論，乃為工程實(shí)際所急需。如噴錨網(wǎng)支護法、錨釘墻法。
4.5探討基坑護壁搶險技術(shù)
如前所述，基坑工程的破壞率較高。因此，配合施工過(guò)程的監測與信息反饋技術(shù)，進(jìn)行基坑護壁搶險技術(shù)的探討非常必要．目前，發(fā)現基坑護壁失效，采用的方法是停止開(kāi)挖或回填土方等，收效甚微。因此在支護設計或確定施工方案時(shí)，就必須考慮基坑護壁的搶險措施。如基坑護壁帷幕漏水化學(xué)灌漿搶險技術(shù)，具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟�？焖俸陀行У奶攸c(diǎn)，是目前基坑漏水涌砂最好的搶險補救方法。
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